¿De qué están hechas las estrellas? Cómo lo sabemos sin ir
En 1835, un filósofo francés aseguró que nunca sabríamos de qué están hechas las estrellas. Lo dejó escrito con todas las letras, en un libro serio, y veinticinco años después dos alemanes con un mechero de laboratorio le quitaron la razón. En 2026 se puede saber la composición de una estrella a la que la luz tarda miles de años en llegar, y no hace falta mandar ninguna sonda. Todo lo que necesitas está en la propia luz, metido en unas rayas negras que durante décadas nadie supo leer.
La profecía más fallida de la astronomía
El filósofo era Auguste Comte, y la frase está en el segundo tomo de su Curso de filosofía positiva, en la lección dedicada a la astronomía. Comte explica que de los astros solo podemos conocer lo que se ve con los ojos o con un telescopio. Concebimos, dice, la posibilidad de determinar sus formas, sus distancias, sus tamaños y sus movimientos, «mientras que nunca podríamos estudiar por ningún medio su composición química, o su estructura mineralógica». Y remata que, con más razón, tampoco sabríamos nada de los seres que vivan en su superficie.
No era una tontería. En 1835 parecía de puro sentido común: para saber de qué está hecha una cosa hay que coger un trozo, meterlo en un tubo de ensayo y hacerle perrerías. A una estrella no se le puede hacer nada de eso. Lo que Comte no sabía es que la luz trae consigo la lista de ingredientes. Solo hacía falta aprender a leerla.
Unas rayas negras en el arcoíris del Sol
Si haces pasar la luz del Sol por un prisma, se abre en un arcoíris: del violeta al rojo, todos los colores seguidos. Lo que descubrió Joseph von Fraunhofer, con instrumentos mucho más finos, fue que ese arcoíris no es continuo. Está cruzado por un montón de rayas oscuras, finas como pelos, siempre en el mismo sitio. Faltan colores muy concretos.
Esas rayas, que llevan desde entonces su nombre, fueron un misterio durante mucho tiempo. Estaban ahí, se podían medir con precisión, pero nadie sabía qué significaban. Eran como un código de barras sin lector.
Una llama en Heidelberg
El lector llegó a mediados del siglo XIX, en la Universidad de Heidelberg. Allí trabajaban juntos un químico, Robert Bunsen, y un físico, Gustav Kirchhoff. Según la propia universidad, entre 1859 y 1861 Bunsen estudiaba los colores que toman las llamas cuando se queman distintas sales, y con ese trabajo descubrieron juntos el análisis espectral. La Oficina Alemana de Patentes y Marcas, que les dedica una página entre sus grandes inventores, fecha en 1860 la publicación conjunta que puso sus bases científicas.
La idea es sencilla de contar. Cada elemento químico, al calentarse en una llama, emite luz solo en unos colores muy concretos, siempre los mismos. Y cuando la luz atraviesa un gas de ese elemento, ese gas se queda exactamente con esos mismos colores. Con eso, Kirchhoff y Bunsen pudieron explicar las rayas de Fraunhofer, dice la Universidad de Heidelberg. Las rayas oscuras del Sol son los colores que se han tragado los elementos de su atmósfera al paso de la luz. Compara las rayas del Sol con las de las llamas del laboratorio y sabrás qué elementos hay allí.
Por qué cada elemento tiene su huella
¿Y por qué cada elemento se queda con unos colores y no con otros? Por lo mismo que el vidrio deja pasar la luz visible. Los electrones de un átomo solo pueden estar en ciertos niveles de energía, y para saltar de uno a otro necesitan un empujón de la medida exacta. Si la luz trae justo esa energía, el electrón se la queda. Si no, la deja pasar.
Cada color de la luz corresponde a una energía distinta, y cada elemento tiene su propia escalera de niveles, con los peldaños a unas alturas que no se repiten en ningún otro. Por eso cada elemento se queda con su propio juego de colores. El sodio tiene el suyo y el hierro, el suyo. Es una huella dactilar escrita en la luz, y vale igual en una llama de laboratorio que en una estrella a miles de años luz.
Diez elementos nuevos y el oro del Sol
El método resultó tan potente que empezó a encontrar cosas que nadie conocía. Según la Oficina Alemana de Patentes, Bunsen y Kirchhoff identificaron dos elementos nuevos en el agua mineral del manantial Maxquelle de Bad Dürkheim: el cesio en 1860 y el rubidio en 1861. En muy poco tiempo, otros químicos descubrieron diez elementos más aplicando el análisis espectral.
La misma página recoge una anécdota de las que se cuentan en las sobremesas de los físicos. Al parecer, el banquero de Kirchhoff dudaba de que investigar si había oro en el Sol sirviera para algo, si total no se podía traer. Cuando a Kirchhoff le dieron la Medalla Rumford, se la enseñó al banquero y le dijo: «Mire, he conseguido sacar oro del Sol». Como toda buena anécdota, viene con un «se cuenta», y así la recoge la propia Oficina de Patentes.
El elemento que se descubrió en el Sol antes que en la Tierra
El mejor momento del análisis espectral llegó con un eclipse. El 18 de agosto de 1868, el astrónomo francés Jules Janssen observó un eclipse total de Sol desde la India con un espectroscopio. Según un trabajo de historiadores del Observatorio de París y un boletín de eclipses de la NASA, vio en la luz de la atmósfera solar una raya amarilla brillante que no encajaba con ningún elemento conocido. Pocos días después, el británico Norman Lockyer llegó a la misma observación.
Lockyer concluyó que aquella raya pertenecía a un elemento que todavía nadie había visto en la Tierra. Lo llamaron helio, del griego helios, el Sol. La Real Sociedad de Química británica lo explica en su ficha del elemento: se llama así porque se detectó por primera vez en la corona solar.
En la Tierra no se aisló hasta 1895. Ese año lo consiguieron William Ramsay en Londres y, por su cuenta, Per Teodor Cleve y Nils Abraham Langlet en Uppsala, en Suecia. Veintisiete años después de verlo en el Sol. Con lo que había anunciado Comte, la cosa tiene su guasa.
La tesis que no se atrevió a decirlo
Saber qué elementos hay en una estrella es una cosa. Saber en qué cantidad es otra mucho más difícil, porque la intensidad de las rayas depende también de la temperatura. Esa parte la resolvió una joven astrónoma criada en Inglaterra que trabajaba en Harvard: Cecilia Payne.
En su tesis doctoral, Stellar Atmospheres, terminada el 1 de enero de 1925, Payne calculó, teniendo en cuenta la temperatura de las estrellas, qué cantidad de cada elemento hacía falta para producir las rayas que se veían. Según la Sociedad Americana de Física, su conclusión fue que, a diferencia de lo que pasa en la Tierra, el hidrógeno y el helio son los elementos dominantes del Sol y de las estrellas.
Aquello chocaba con lo que pensaba casi todo el mundo, que suponía que las estrellas estaban hechas más o menos de lo mismo que nuestro planeta. El astrónomo Henry Norris Russell, una de las grandes autoridades de la época, se opuso con fuerza y la convenció de que no incluyera esa conclusión en la tesis. Con el tiempo se vio que Payne tenía razón. El astrónomo Otto Struve llegó a describir aquel trabajo como «la tesis doctoral más brillante jamás escrita en astronomía». En 1956, Payne se convirtió en la primera mujer catedrática de Harvard y la primera en dirigir un departamento allí.
Un jesuita y cuatro mil estrellas
Mientras tanto, otros se dedicaron a ordenar las estrellas por sus espectros. Uno de los pioneros fue el jesuita italiano Angelo Secchi. Según el Instituto Nacional de Astrofísica de Italia, empezó en 1862 un programa sistemático de espectroscopia de estrellas y fue afinando su clasificación: dos tipos en 1863, tres en 1867. El Observatorio Vaticano recuerda que su catálogo reunió más de cuatro mil estrellas. Fue de los primeros en ordenar las estrellas por el aspecto de sus rayas.
De qué están hechas las estrellas, en números
Con todo esto se puede responder a la pregunta con cifras. Según la NASA, el Sol está compuesto en masa por un 71 % de hidrógeno, un 27 % de helio y un 2 % de elementos más pesados, con pequeñas variaciones según la estimación. Contado por número de átomos, la diferencia es todavía mayor: un 91 % de hidrógeno, un 9 % de helio y apenas un 0,1 % de todo lo demás.
Ese «todo lo demás» es el cajón donde entran elementos como el oxígeno, el carbono o el hierro, que en la Tierra son protagonistas y en el Sol son una propina. Y se sabe con esta precisión por las mismas rayas negras que en 1835 nadie sabía leer.